自治汽车列队模拟通信系统设计与实现

摘要

现在各种交通问题如交通堵塞、交通事故、噪声污染、大气污染等已经成为困扰各国政府的问题之一，各国都在寻求解决这个问题的方法。经过研究人员的研究发现，要从根本上解决这个问题，就必须结合通信技术，实现车路协调下的自治汽车列队行驶，从而提高道路密度，提高行车安全性。通信技术是实现自治汽车列队行驶的基础，在自治汽车列行驶中起到了重要的作用。
　　 本文通过分析自治汽车列队通信系统的功能，将自治汽车列队通信系统分为3层结构，包括：车-车通信、车-路通信以及中心控制台与区域控制台之间的通信。对比分析各种无线通信技术，利用ZigBee技术实现车-车通信、车-路通信，利用WiFi技术组建无线局域网实现区域控制台与中心控制台的通信。设计了ZigBee网络和WiFi网络的网络拓扑结构，介绍了组建局域网络的硬件设备选型，设计最终的通信系统方案。在通信系统的实现过程中，基于Freescale的开发平台，利用MC13213 ZigBee芯片，开发了ZigBee模块，主要设计了电源模块、晶振模块、串口电路、天线电路设计、PCB设计等，同时使用Freescale SMAC原语开发ZigBee软件。利用VC++编写了自治汽车列队中心控制和区域控制软件。中心控制软件应用于自治汽车列队系统的监控，信息传递，其功能包括：(1)接收自治小车的速度信息、加速度信息、车间距信息、转向信息，并接收来自于区域控制台的区域车辆信息，包括区域控制台控制范围之内的车辆的速度信息、加速度信息、车间距信息、转向信息；(2)发送小车数据到区域控制台，接收路侧传感器的车辆定位信息，并在地图上显示车辆位置；(3)在软件显示并储存收到的各种信息，根据各种收到的信息对车队、车辆的行驶情况作出反馈反应，发送控制命令。而区域控制软件主要是控制在自己管辖范围内的车队、车辆行驶，接收车辆、车队信息，同时将收到的信息发送给中心控制软件。在软件的开发中，使用MSComm控件开发串口通信程序，实现中心控制软件中小车信息传递；使用Windows Socket开发网络程序，实现区域控制软件与中心控制软件的信息交互；数据储存模块则使用了Access，实现数据库存储。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究的目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 智能车辆的研究现状

1.3.2 汽车列队行驶通信系统的研究现状

1.3.3 汽车列队控制与相关实验技术研究现状

1.4 论文的研究内容

1.5 论文的组织结构

第2章 自治汽车列队模拟通信系统总体设计

2.1 实验平台介绍

2.2 模拟通信系统功能分析

2.3 通信技术的选型

2.3.1 无线通信技术与有线通信技术

2.3.2 模拟通信系统无线通信技术选型

2.3.3 ZigBee技术与WiFi技术的选择

2.4 模拟通信系统的整体设计

2.4.1 通信系统各终端功能需求

2.4.2 ZigBee网络拓扑结构设计

2.4.3 WiFi网络拓扑结构设计

2.4.4 WiFi无线局域网硬件选型

2.4.5 小车定位传感器

2.4.6 最终的通信实验系统实施方案

第3章 ZigBee模块的软硬件设计

3.1 ZigBee模块硬件设计

3.1.1 MC13213芯片

3.1.2 电路设计

3.2 ZigBee软件开发

3.2.1 ZigBee模块软件开发环境

3.2.2 MC13213的数据传输模式

3.2.3 SMAC协议栈

3.2.4 ZigBee主程序设计

3.2.5 发送协议

第4章 控制软件设计

4.1 控制软件的需求分析

4.2 控制软件的概要设计

4.3 中心控制软件的设计

4.3.1 自治小车信息传输与控制模块

4.3.2 区域控制台信息传输

4.3.3 小车定位显示

4.3.4 数据储存显示

4.4 区域控制软件

第5章 实验

5.1 ZigBee网络与WiFi网络共存性分析

5.2 ZigBee通信网络的实验分析

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 研究的不足

6.3 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果目录